疲劳裂纹扩展寿命预测概率模型

根据随机载荷谱作用下复杂构件危险部位疲劳裂纹扩展速率的随机特性，采用同步跟踪自校验算法，建立了用于复杂构件疲劳裂纹扩展寿命预测的概率模型。采用该模型用Monte－Carlo有限元混合方法做了多钉多层板复杂接头疲劳裂纹扩展寿命计算机仿真试验，给出了该构件疲劳全寿命分布规律。     

涡轮榫接疲劳寿命评估及验证：研究现状及展望

介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状,分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势,重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明：现有的分析和试验方法能基本实现涡轮榫接的疲劳寿命评估,但由于各种局限性,工程适用性亟待提高,仍需稳健的载荷降阶分析方法、基于物理机制和数据驱动的寿命评估方法、载荷历程相关的裂纹扩展寿命评估方法和复杂热力环境下的试验技术,从而建立先进航空发动机涡轮榫接结构疲劳寿命评估及验证体系。     

三维疲劳裂纹扩展仿真的双重边界元法

运用双重边界元方法求解三维疲劳裂纹前沿的应力应变场,基于Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,采用增量步裂纹扩展分析方法,并根据裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟了三维裂纹的扩展和预测裂纹扩展寿命.获得了裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.扭力轴表面裂纹扩展的应用实例表明该方法正确合理.     

冷挤压孔的有限元分析研究(英文)

带切缝衬套的冷挤压强化技术由于引入了残余应力，可以显著提高飞机紧固件孔的疲劳寿命。本文针对目前的研究冷挤压孔边残余应力，大都采用基于厚壁圆筒的轴对称小变形、平面应力状态、孔边受力为均布载荷等假设所带来的不足，提出了采用三维分析模型，并考虑衬套对孔边受力的影响、试件在孔轴线方向上的应力差异等因素，研究了带衬套挤压件在加载、卸载及疲劳拉伸载荷状态下的应力分布，并与无衬套挤压时的状态进行比较，从机理上揭示了带衬套挤压在改善试件抗疲劳性能方面的优势。     

阳极氧化对7075铝合金疲劳性能的影响

研究了铬酸与硫酸阳极氧化对7075铝合金疲劳性能的影响,结果显示,铬酸阳极氧化在ΔK较小时,能显著降低7075-T6铝合金在空气中疲劳裂纹扩展速率以及在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,而在ΔK较大时对疲劳裂纹扩展的速率几乎没有影响,却使腐蚀疲劳裂纹扩展速率明显增加.在实验室空气中经铬酸阳极氧化的铝合金的疲劳断口裂纹扩展的皱褶更为细致,腐蚀疲劳断口则几乎见不到裂纹扩展形成的辉纹.还发现ΔK在300～700 N/mm3/2之间,硫酸阳极氧化使7057-T6铝合金疲劳裂纹的扩展速率增大,只是当ΔK较大时增加的幅度不是十分明显,却能在较宽的ΔK范围内显著降低铝合金腐蚀疲劳裂纹的扩展速率.     

轴向共振控制的结构疲劳裂纹扩展分析

针对工程结构共振疲劳问题,提出一种激励频率跟踪随裂纹扩展变化的固有频率的加载方法,并对共振频带激励的裂纹悬臂杆进行理论分析.分析过程中,采用线性弹簧等效裂纹单元,复弹性模量考虑阻尼行为,得到考虑激励幅值、激励频率、阻尼以及裂纹长度等因素的动应力.利用Paris方程模拟裂纹扩展过程,分析阻尼对共振结构疲劳裂纹扩展寿命的影响.结果显示:裂纹扩展使结构共振频率下降;阻尼较小时,阻尼变化对疲劳裂纹扩展寿命的影响并不显著;阻尼达到一定值后,裂纹扩展速率迅速下降,可能发生止裂现象;越低阶模态振动,裂纹扩展速率越大,对应的疲劳裂纹扩展寿命越短.     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理，采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计，实现对采样数据，波形和图形进行实时屏幕显示，对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现，可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。     

基于连续损伤力学的铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命

基于连续损伤力学理论,对2A12铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命进行了研究。首先采用有限元方法模拟了冲击过程,获得冲击凹坑局部的残余应力场与塑性应变场;然后根据残余应力状态选取疲劳破坏的危险点,通过Lermaitre塑性损伤模型得到危险点的初始损伤;最后根据修正的Chaboche疲劳损伤模型估算疲劳寿命。通过与相关的试验结果进行对比验证,表明连续损伤力学结合有限元分析方法可有效评估金属结构冲击损伤及后继疲劳寿命。     

复杂载荷作用下的铝合金裂纹扩展数值模拟

基于Johnson-Cook模型本构方程,在ABAQUS有限元平台上建立含有材料缺陷的铝合金细观区域模型,对在复杂载荷作用下铝合金裂纹扩展进行了数值模拟,分析了裂纹扩展过程及裂纹形成过程。通过对比模型在单一拉应力下裂纹形成,可得复杂载荷作用下对含缺陷材料和结构产生的危害是非常大的,而且在复杂载荷作用下产生裂纹时,很难预判裂纹扩展路径和裂纹扩展起始点。     

铝合金板广布疲劳损伤载荷谱加重的数值分析

在三排45孔铝合金试验件载荷加重试验基础上,对该模型进行了细致的有限元计算,系统地分析了广布损伤裂纹尖端相互影响因子分布和载荷加重裂纹扩展规律。结果表明:对于两个裂纹参数ai和aj影响的裂纹尖端相互影响因子βi,随着aj的增加而增加,随着ai的增加而减小;对于3个参数ai,aj和ak影响的裂纹尖端相互影响因子βi,随着aj和ak的增加而增加,随着ai的增加而减小;载荷加重后对β没有影响,这是由于有限元模型进行的是线弹性分析。由有限元法、构件疲劳额定系数法和构件细节数效应系数法3种方法计算的载荷1.2倍加重后的裂纹扩展量Δa1.2和原载荷扩展量Δa的比值η,在加载比较小,裂纹比较短时,多裂纹的扩展可以看作独立的裂纹扩展,可以吻合得很好,大约在2左右;但是当加载比较大,裂纹比较长时,裂纹尖端的相互影响因子变大,裂纹的扩展会快速增加,用有限元法可以更好地预测。     

复合材料断裂的基体开裂模型

运用基体开裂模型对含有穿透裂纹的单向纤维复合材料进行了断裂分析，将理论预测结果和实验数据进行了比较。提出了决定裂纹前缘核心区域半径rc的定量公式以及确定材料临界应变能密度因子Sc的新方法。补充考虑了几个附加能量吸收过程，对应变能密度准则进行了开拓。实验试样的制备采用了预设裂纹的新方法。     

一种用于疲劳裂纹扩展数学模型研究的优化方法

在研究反映某类实验结果特性的数学公式或数学模型时，通常采用最小二乘法或其他微分方法对实验点进行曲线拟合。然而上述方法往往受到数学模型函数的可导性、连续性以及微分方程求解之难易程度的限制。本文通过引入工程设计中的优化方法，分别对室内空气环境下铝合金材料疲劳裂纹扩展的数学模型，以及在３．５％ＮａＣｌ水溶液浸泡下该材料腐蚀疲劳裂纹扩展的条件下，采用优化方法可方便地得到与其对应的疲劳裂纹扩展的（ｄａ／ｄＮ     

疲劳裂纹尖端塑性变形的研究

采用弹塑性有限元方法研究了疲劳裂纹尖端的塑性区形状和尺寸以及加载与卸载过程中裂纹面形状的变化，通过比较相同条件下静态裂纹与疲劳裂纹面张开位移的差异，研究了疲劳裂纹尖端尾纹中残留塑性变形的形成，讨论了裂纹尖端尾纹中残留塑性变形对裂纹闭合现象的影响。     

Construction of Crack Perturbation Model and Forward Semi-analytical Model of Attached Eddy Current Sensor

Fatigue damage monitoring is critical metallic structure health monitoring of aircraft.The sensor should be high sensitive,easy to be integrated into structure and well adaptable for poor working conditions.Therefore,an attached eddy current sensor with flexible plane is put forward and its characteristics are analyzed.By extracting material′s conductivity as the crack features,forward semi-analytical model is established and parameter optimizations are carried out.Crack perturbation model of attached eddy current sensor is constructed,and perturbation voltages of sensing channels under three-dimension structural crack are obtained.To verify the sensor′s performance,monitoring experiment on crack extension is conducted under condition of 3 MHz frequency.The validation experimental results show that perturbation model of 2A12-T4 aluminum alloy agrees well with experiment results,and perturbation model errors of four sensing channels are within 25%.The attached eddy current sensor is capable of testing the crack nondestructively and measuring the crack extension quantitatively with the accuracy of 1mm.     

半椭圆表面裂纹张开位移的一种近似法

由于表面裂纹的应力强度因子的精确解很难得到,本文提出了半椭圆表面裂纹的应力强度因子的一种新求解方法,并尝试在欧文近似算法基础上用有限元算法来试解此类问题;研究了不同载荷下表面裂纹应力强度应子与埋藏裂纹应力强度因子比值的变化及与欧文比例系数进行了比较,验证了本文近似算法的有效性,为工程计算提供了参考依据。     

胶合搭接连接的界面应力

采用边界元法计算了分析了具有理想界面和非理想界面的双板条胶合搭接连接的界面应力。经计算得到了完整胶合界面时界面应力的分布，得出在胶合界面两端出现了应力集中现象；胶合界面发生开裂后的界面应力分布，理想界面裂纹尖端的复应力强度因子和非理想界面裂纹前洞的应变能密度。     

劲条止裂性能的分析方法

对于含裂壁板，采用劲条进行局部加强，可以阻止或延缓裂纹的扩展。本文对此作了理论分析，提出了劲条跨过裂纹对称加强时，裂纹尖端、劲条与壁板胶结界点以及劲条端点处应力强度因子的计算方法。在此基础上，通过数值计算，考察了劲条的刚度参数以及问题的一些几何特征参数对劲条止裂性能的影响规律。结果表明，本文方法对于劲条止裂性能的分析是有效的，它不仅能够准确地处理其中的应力奇异性问题，而且运算快速省时，便于进行优化设计。     

应变测量数据在全尺寸飞机结构疲劳试验裂纹检测中的应用

通过对全尺寸飞机疲劳试验中同一载荷状态下多次重复测量应变数据的统计分析,根据其变化规律和贴片位置,预估飞机结构可能产生裂纹的区域,并利用无损检测确定裂纹的具体位置和长度,为全尺寸飞机疲劳试验探索一种新的裂纹检测方法。